کاربرد تکنیک حفاری انحرافی در میادین نفت و گاز

[XMEHRDADX 7,514]

 

 

مقدمه

 

نياكان ما در گذشته از چشمه‌هاي جوشان نفت يا از چاه‌هاي نفت در اعماق كمتر بهره‌برداري مي‌كردند ولي با توجه به نياز بيشتر دنيا به منابع نفت و گاز به ناچار بايد اكتشاف و استخراخ از اعماق بيشتر و از نواحي دشوارتر نسبت به گذشته انجام شود. براساس آمارهاي موجود تا سال 2008 سهم کشورهاي منطقه خاورميانه از ذخاير نفتي جهان معادل 61 درصد بوده‌ است[4]. بر اين اساس منطقه خاورميانه بزرگترين دارنده ذخاير نفتي جهان است. پس از اين منطقه اورآسيا (شامل کشورهاي جماهير شوروي سابق و اروپا) با 6/11 درصد از کل ذخاير نفت در رتبه دوم بزرگترين دارنده ذخاير نفت تا سال 2008 است. قاره آفريقا با 5/9 درصد، قاره آمريکاي جنوبي و مرکزي با 9 درصد، آمريکاي شمالي با 6/5 درصد و منطقه آسياي ‌جنوب‌‌شرقي و اقيانوسيه با 3/3 درصد در مکان سوم تا ششم بزرگترين دارندگان ذخاير نفت جهان تا سال 2009 بودند[1].

و با توجه به اين نياز روز به روز صنعت نفت و تكنولوژي حفاري در سال‌هاي اخير دستخوش تحولات و دگرگونيهاي بنياديني شده‌اند. اين تغيير و تحولات چه به لحاظ دانش فني و مهندسي، تجهيزات، بهبود روش‌ها و حصول ركوردهاي جديد و چه به لحاظ مديريتي قابل تعمق و بررسي است. از آنجايي‌كه بهره‌برداري از ذخاير نفت، گاز و معادن كشور در شرايط كنوني ايران اسلامي بدون دخالت كارشناسان بيگانه و تنها با اتكا به الطاف الهي و تلاش بي‌وقفه متخصصان و کارکنان ايراني اداره مي‌شود، انتقال تكنولوژي پيشرفته و كاربرد آخرين دستاوردهاي علمي و فني براي استحكام و ضمانت توسعه بهره‌برداري از اين نعمت‌هاي خداددي، بسيار ضروري است. کل مصرف نفت جهان در سال 2008 به بيش از 4/84 ميليون ‌بشکه در روز رسيد که اين ميزان نسبت به سال پيش 6/0 درصد کاهش داشته است. در سال 2008 ايالات متحده آمريکا با مصرف بيش از 19 ميليون بشکه نفت در روز يعني معادل 5/22 درصد مصرف جهاني در اين سال، بزرگترين مصرف‌کننده نفت جهان در سال 2008 بوده ‌است. پس از آمريکا، چين در مقام دوم بزرگترين مصرف‌کننده نفت جهان قرار داشت. مصرف نفت ايران در سال 1997 حدود 1239 ميليون بشکه بود. در سال 2008 مصرف نفت ايران حدود 1730 ميليون بشکه شده ‌است. به‌عبارت ديگر ظرف 11 سال مصرف داخلي نفت ايران 39 درصد رشد نشان مي‌دهد که در مقايسه با ساير کشورهاي جهان بجز عربستان صعودي رشد بسيار بالايي است[1].

 

از سال‌ها پيش مطالعاتي در مورد حفاري به روش انحرافي شروع و متعاقب آن از چندين سال پيش اقدام به حفاري شده است. اين روش در چند سال گذشته به علت توليد بيشتر نفت از مخازن و توليد نفت بسيار سنگين که اخيرا به‌وسيله اين نوع حفاري استخراج مي‌شود و باعث افزايش ضريب بهره‌برداري از مخازن نفتي در دنيا شده‌اند، بسيار حائز اهميت است در حقيقت حفاري افقي به‌عنوان تکنيک يا روش بازيافت ثانويه از مخازن مطرح است. طبق آمارهاي موجود ميزان توليد نفت کشورهاي مختلف در سال‌هاي 2007 و 2008 بدين شرح است: بيش از 9/31 درصد از نفت جهان در سال 2008 در منطقه خاورميانه توليد شده است پس از اين ناحيه منطقه اورآسيا با 7/21 درصد از توليد نفت در جايگاه دوم قرار داشت. در منطقه اورآسيا کشور روسيه با توليد 4/12 درصد از نفت جهان يکي از بزرگترين و در عين حال مهمترين توليدکنندگان نفت جهان در سال 2008 بوده است[1].

 

براساس آمار اعلام شده در اين سال کشور روسيه با 6/19 درصد بزرگترين توليدکننده گاز دنيا بوده است. پس از آن، ايالات متحده آمريکا 3/19 درصد گاز دنيا را در سال 2008 توليد کرد. متاسفانه با وجود ذخاير عظيم گاز در منطقه خاورميانه مجموع سهم کشورهاي اين منطقه از توليد جهاني گاز اندکي بيش از 12 درصد بوده است.

 

ايران در سال 2008 حدود 8/3 درصد از گاز دنيا را توليدکرده است و بزرگترين توليدکننده گاز منطقه خاورميانه بوده است. ذخاير شناخته شده گاز طبيعي ايران در سال 2008 حدود 16 درصد کل ذخاير دنيا است، به‌عبارت ديگر ايران نتوانسته تاکنون به نسبت ذخيره جهاني در توليد جهاني گاز مشارکت کند. از منظر توليد جهاني گاز، کشور قطر در جايگاه دوم منطقه خاورميانه قرار دارد.[1]

 

 

تاريخچه استخراج نفت

 

استخراج نفت با استفاده از ابزار حفاري در دنيا ابتدا در سال 1859 ميلادي توسط «كلنل دريك » در منطقه پنسيلوانياي آمريكا صورت گرفت. از آن زمان به بعد و با توجه به تحولات اجتماعي و اقتصادي جهان، توجه سرمايه‌داران و بازرگانان نفتي به مناطق نفت‌خيز جهان معطوف شد. ذخاير گاز طبيعي معمولا همراه با نفت در مناطق مختلف جهان وجود دارند و تحت استخراج و بهره‌برداري قرار مي‌گيرند. با اين حال در برخي موارد ذخاير مستقل گاز طبيعي نيز در جهان کشف شده‌اند. پراکندگي جغرافيايي ذخاير گاز جهان، کم و بيش مشابه پراکندگي ذخاير نفت است؛ براساس آمار اعلام شده در سال 2008 حدود 41 درصد از ذخاير گاز جهان در کشورهاي خاورميانه قرار داشته است. حجم ذخاير گاز در ايران و قطر در همين سال حدود 30 درصد از کل ذخاير گاز جهان بود. پس از خاورميانه، منطقه اورآسيا در سال 2008 با 34 درصد از ذخاير گازي جهان در مقام دوم قرار داشت. قاره آفريقا، اقيانوسيه و منطقه آسياي جنوب‌شرقي به ترتيب با 9/7 و 3/8 درصد از ذخاير جهاني گاز در جايگاه سوم و چهارم قرار داشتند و مناطق آمريکاي شمالي، جنوبي و مرکزي در رده‌هاي بعدي بودند شکل1.[1و2]

 

بزرگترين مصرف‌کننده گاز طبيعي جهان در سال 2008 کشور آمريکاست که مصرف‌كننده 22 درصد گاز طبيعي جهان بوده ‌است. پس از اين کشور، روسيه با 9/13 درصد در مقام دوم قرار داشت.

 

کل مصرف گاز طبيعي جهان در سال 2008 معادل 7/ 3018 ميليارد مترمکعب بوده ‌است که اين مقدار نسبت به سال پيش از آن 5/2 درصد رشد نشان مي‌دهد. شكل .2[2و1]

 

 

تاريخچه حفاري افقي

 

شروع حفاري افقي به سال‌هاي گذشته برمي‌گردد. ابتدا در سال 1919 براي نخستين بار با به‌كارگيري وسايل مخصوص حفاري افقي انجام شد و در سال 1929 اولين حفر چاه افقي در آمريكا با موفقيت انجام شد ولي به علت پايين بودن قيمت نفت و كشف مخازن بزرگ و از طرف ديگر با محدوديت تكنولوژي و هزينه زياد حفاري تا سال 1970 مورد قبول شركت‌هاي نفتي واقع نگرديد ولي از سال 1970 تكنولوژي حفاري افقي مجددا مورد توجه قرار گرفت و توسعه فراواني يافت و امروزه در كشورهاي آمريكا، كانادا، شوروي، اروپا و كشورهاي توليدكننده نفت توسط كمپاني‌هاي مختلف كه اين تكنولوژي را دارند، استفاده مي‌شود.[4]

 

 

كاربردهاي حفاري جهت‌دار در صنعت نفت و گاز

 

از زماني‌كه تكنيك حفاري جهت‌دار در حفاري دوراني معمول شد كاربردهاي مختلف و متنوعي به شكل كلاسيك و دسته‌بندي شده پيدا كرده است. حفاري جهت‌دار گويا نخستين‌بار براي حفاري يك چاه از ساحل به زير دريا جهت بهره‌برداري از نفت مخازن زير آن و بعد حفاري يك چاه جايگزين و آتشنشان براي خاموش كردن و كنترل كردن يك چاه فوران كرده به‌كار رفته است. هر دو مورد اكنون نيز جزو مهمترين كاربردهاي حفاري جهت‌دار هستند و البته حفاري چاه‌هاي آتشنشان از حساسيت خاصي برخوردار است. به‌طور كلي به‌جز در حالت‌هاي خاص كه حفاري چاه‌هاي نفت و گاز به‌صورت جهت‌دار لازم مي‌شود خواست عمومي و مسائل فني و اقتصادي همگي حكم مي‌كنند كه هر چاهي بايد به‌صورت مستقيم و عمودي حفاري شود كه در حال حاضر نيز عمده چاه‌هاي حفر شده در حال توليد از اين نوع هستند بر همين اساس تنها مسائل فني و اقتصادي توجيه‌گر هزينه‌هاي ويژه براي حفاري جهت‌دار برخي چاه‌ها است.

 

به‌طور كلي هرگاه براي ايجاد محل استقرار دستگاه‌ حفاري و آغاز حفر چاه موانع طبيعي، زمين‌شناسي، فني و اقتصادي وجود نداشته باشند مي‌توان حفاري جهت‌دار را به‌عنوان راه‌‌حل جايگزين، بررسي و انتخاب كرد و به‌كار برد. از جمله وجود موانع سطحي مانند دريا، رودخانه، مناطق مسكوني، يا كوهستاني بودن منطقه و هنگفت بودن هزينه ايجاد جاده و محل جاده و همچنين مخارج سنگين ايجاد سكوهاي حفاري در دريا عوامل توجيه‌كننده براي حفر چاه‌هاي انحرافي هستند.

 

مورد ديگر كاربرد حفاري انحرافي نفوذ به محدوده‌هاي مخازن و ساختارهايي است كه به‌دلايل مختلف زمين شناسي محل، ورود دقيق درست به آنها و يا بهره‌برداري از ذخيره آنها امكان‌پذير نيست از اين جمله به مخازن گسله‌اي و مخازن مجاور گنبدهاي نمكي مي‌توان اشاره كرد. جديدترين كاربرد حفاري انحرافي نيز براي بالا بردن ميزان بهره‌دهي از مخازن است. اين كار با ايجاد حفره‌هاي زهشي كه نفت تحت نيروي گرانش در آنها جمع مي‌شود صورت مي‌گيرد. بدين منظور اخيرا حفاري چاه‌هاي افقي كه تكنولوژي آن نهايت پيشرفت حفاري جهت‌دار است معمول شده است. در اين بخش نخست كاربردهاي گوناگون حفاري جهت‌دار مورد بحث و بررسي قرار گرفته است.[3]

 

 

1. مكان غيرقابل دسترسي inaccesible location

 

اين عنوان در كنار حفاري جهت‌دار كنترل شده خود مشخص‌كننده استفاده‌اش است. در دسترس نبودن محل مناسب براي حفر چاه در بالاي سازنده بهره 10 لزوم ساختن محل حفر چاه در مكاني دورتر، انتقال دكل روي آن محل و حفاري چاه جهت‌دار را باعث مي‌شود. سازند توليدي ممكن است زير تاسيساتي باشد كه قابل انتقال نيستند. وجود رودخانه، كوه، بندرگاه، مناطق مسكوني و غيره نيز در اين طبقه‌بندي قرار مي‌گيرد. بعضي مواقع كه مشكلاتي از نظر پيدا كردن محل چاه وجود دارد چندين چاه از محل اصلي يک چاه زده مي‌شود مانند روشي كه در سواحل دريا به‌كار مي‌برند. شكل3. [3]

 

 

2. حفاري گسل fault drilling

 

در كنترل گسل، حفره چاه ممكن است از ميان يا به‌موازات گسل براي توليد بهتر منحرف شود. بعضي وقت‌ها حفاري عمودي براي رسيدن به مخزن در صفحه شكستگي‌هايي كه ضريب زاويه‌ زيادي از خط عمود دارند مشكل است، يا قرار دادن محل چاه در فرو ديواره (کمر پايين) صفحه گسل، چاه ممكن است براي نفوذ به چينه‌هاي نفتگير منحرف شود يا شايد چاه از روي فرا ديواره (کمر بالا) صفحه گسل حفاري شود و در عمق مناسب انحراف داده شده و بر صفحه گسل منحرف و حفاري مي‌‌كنند تا بروز خطرات و زيان‌هاي ناشي از زمين لرزه كه مي‌تواند باعث حركت لايه‌هاي زمين روي سطح گسل شده و لوله‌هاي جداري يك چاه تكميل شده را قطع كند، جلوگيري شود. بعضي وقت‌ها حفاري گسل را مي‌توان تحت عنوان اكتشاف چينه‌هاي نفتگير قرار داد. گاهي مقطع ورودي حفره چاه سازند توليدي نفت به‌علت وجودگسل آب و يا ديگر چينه‌هاي خلاف قاعده نامناسب است كه حفاري جهت‌دار براي تصحيح وضعيت ته چاه و انجام كارهاي اكتشافي به‌خدمت گرفته مي‌شود. از اين نوع حفاري جهت‌دار براي پيدا كردن سطح آب و نفت و تعيين دقيق صفحه شكستگي مي‌توان استفاده كرد. شكل 4. [3]

[XMEHRDADX 7,514]

 

3. حفاري گنبد نمكي SALT DOME DERILLING

 

دشواري‌ها و معضلات فراوان اكتشاف گنبدهاي نمكي از مدت‌ها پيش حفاري جهت‌دار و كنترل شده را به جنگ طلبيده است. تكنيك حفاري براي هر دو نوع معمول‌ترين گنبد نمكي ديپ سيتد (DEEP SEATED)، پيرسمنت (PIERCEMENT) بسيار گسترش پيدا كرده و در بييشتر گنبدهاي نمكي با طرح دقيق و اجراي برنامه‌هاي حفاري جهت‌دار هدايت شده، حداكثر توليد از ذخاير نفت مجاور گنبد به‌دست آمده است.

 

ذخاير نفت انباشته در حوالي گنبدهاي نمكي اغلب در چينه‌هاي زير گنبد كه معمولا كلاهك بسيار سخت دارند، پيدا مي‌شوند و حفاري آنها بسيار مشكل است. حفاري اين چاه‌ها معمولا در كنار گنبد نمكي و خارج از محدوده كلاهك سخت و توده‌هاي نمك آغاز شده و سپس به قسمت زير كلاهك نمك كه نفت در آن است جهت داده مي‌شود. شرح بالا به تنهايي استفاده حفاري جهت‌دار هدايت شده را در توده‌هاي نمكي رد نمي‌كند. توسعه گل اشباع شده از نمك و تكنيك‌هاي حفاري به‌قدري وسيع شده كه مشكلات ذكر شده در مواجهه با حفاري گنبد نمكي را حذف مي‌كند. تنها فاكتور تعيين‌كننده بررسي اقتصادي است كه اجازه مي‌دهد حفاري در توده نمك انجام بگيرد يا خير.[3]

 

 

4. چاه امدادي يا آتشنشان RELIEF WELL DRILING

 

احتمالا، جالب‌ترين كاربرد حفاري جهت‌دار، حفاري چاه امدادي است كه در عمق نهايي خود به منبع مربوط به چاه فوران كرده برخورد مي‌كند و با پمپ كردن گل و آب از طريق آن باعث مهار چاه مي‌شود. اساس تكنيك كار همانند حفاري جهت‌دار كنترل شده معمولي است اما چون هدف نقطه‌اي در اين چاه‌ها نيازمند دقت زياد در كار طراحي و كنترل چاه است، كنترل جهت در اين نوع چاه‌ها بسيار دقيق است (شكل 5).[3]

 

 

5. حفر چند چاه از سكوي نفتي يا جزاير مصنوعي MULTIPLE WELLS FROM ARTIFICIAL ISLAND

 

اين كاربرد به حفاري بهينه تعدادي چاه (چاه‌هاي خوشه‌اي) از يك سكوي حفاري نفتي يا جزيره‌ مصنوعي مربوط مي‌شود. در اكثر نمونه‌ها، از يك سكو يا سازه فقط امكان حفاري يك چاه عمودي وجود دارد.روشن است كه اگر فقط يك چاه عمودي به ازاي هر سكو باشد، هزينه حفاري وتوليد، بخصوص در دريا، زياد خواهد شد. حفاري چندين چاه از يك محل با فنون حفاري جهت‌دار مقدار زيادي كاهش در هزينه را موجب مي‌شود. برنامه حفاري دريائي از لحاظ اقتصادي و عملي فاكتور تعيين كننده‌اي در جهت استفاده از اين نوع حفاري‌ها است. بدون استفاده از حفاري جهت‌دار كنترل شده توسعه حفاري در دريا از لحاظ اقتصادي عملي نيست (شكل 6).

 

6. حفر چندين چاه اكتشافي از يك حفره چاه MULTIPLE EXPLORATION WELLS FROM SINGLE WELL BORE

 

اگرچه موارد استفاده از اين نوع كاربرد بسيار كم است ولي از اهميت خاصي برخوردار است. حفاري جهت‌دار كنترل شده با استفاده از اين روش مي‌تواند به همان سادگي اكتشاف در چينه‌هاي نفتگير باشد. چندين چاه اكتشافي به يك حفره منتهي مي‌شود به اين ترتيب كه يك چاه پيش از حفاري مسدود شده وحفره جديدي به‌صورت انحرافي ايجاد مي‌شود، سپس حفره‌ اخير مسدود شده و آنگاه دوباره حفره جديدي حفاري مي‌شود. بدين صورت چندين حفره از يك چاه به‌صورت انحرافي منشعب مي‌شوند. در اين روش معمولا سازنده‌هاي مختلف و شكل ساختار زمين‌شناسي آنها اكتشاف مي‌‌شود. اين كاربرد در اكتشاف ذخاير سولفور نيز معمول است. دستورالعمل معمول در اكتشاف هر كدام از چاه‌هاي نفتي يا سولفور اين است كه اولين چاه در جهت فراشيب (UP DIP) و دومين در جهت فروشيب (DOWN DIP) و چاه‌هاي ديگر به‌موازات STRIKE حفاري مي‌شود. شكل(7).[3]

 

 

7. كج كردن چاه (سايد ترك) SIDE TRACKING

 

شايد بتوان گفت كه نخستين و متداول‌ترين تكنيك حفاري جهت‌دار به‌كار گرفته شده در ايران كج كردن (سايدتركينگ) بوده است.

 

باتوجه به دستورالعمل‌هاي مفيد موثر درحفاري و برنامه گل بهتر كه امروزه به‌كار گرفته مي‌شوند اين موضوع همانند گذشته مورد استفاده واقع نمي‌شود، ولي در هر حال و در صورت لزوم بايد ديد كه كج كردن به كداميك از دو صورت كور يا جهت‌دار بايد انجام گيرد. در حالت دوم معمولا كارفرما جهت مشخص انتخاب شده‌اي احتمالا در جهت فراشيب (UP DIP)، را ترجيح مي‌دهد. در كج كردن (سايدترك كور) جهت انحراف مهم نبوده و مقصود اوليه گذر از مانده و برگشت هرچه سريع‌تر به ادامه حفاري است.

 

در كج كردن‌ها لازم است يك مجرابند سيماني، ترجيحا حدود 100 فوت يا بيشتر، گذاشته شود. مجرابند بايد به اندازه كافي محكم باشد كه پايه استواري براي وسائل خمش، بسته به نوع آن شود. بنابراين لازم است پس از قرار دادن مجرابند سيماني، به‌وسيله لوله‌هاي حفاري تا بالاروي آن رفته و نقطه محكمي براي خمش يافت مي‌شود. معمولا عمليات كج كردن چاه پس از متوقف شدن عمليات مانده يابي انجام مي‌گيرد.

 

تصميم به ادامه مانده‌يابي و يا سايد ترك كردن بستگي به مقايسه شانس موفقيت و مخارج مانده‌يابي در مقابل مجموع هزينه‌هاي مختلف شامل قيمت وسائل مانده از دست رفته، مخارج گذاشتن مجرابند سيماني و عمليات كج كردن و زمان تلف شده و اجاره دكل حفاري خواهد داشت. .[3]

 

 

8. عبور دادن چاه از چند لايه بهره‌‌ده متوالي MULTIPLE SANDS FROM SINGLE WELL BORE

 

يك كاربرد بسيار سودمند حفاري جهت‌دار عبور دادن حفره يك چاه از چندين لايه است.

 

حالت‌هاي به‌خصوص وجود دارد كه وضعيت سازندهاي توليدي به‌صورتي است كه از نظر اقتصادي بهتر است از يك حلقه چاه جهتد‌ار براي تكميل چند لايه نفت 10 يك مخزن استفاده شود.

 

اين شيوه براي چينه‌هاي زير گنبد نمكي، سنگ‌هاي زير دگرشيبي و سنگ‌هايي كه در مجاورت صفحه گسل قرار دارند مورد استفاده قرار مي‌گيرد(شكل8).[3]

 

 

9. حفاري حفره زهشي DRATIN HOLE DPILLING

 

يكي از كاربردهاي جديد حفاري جهت‌دار ايجاد حفره زهشي است كه در آن حفاري و تكنيك حفاري جهت‌دار در حد عالي به‌كار گرفته مي‌شود.

 

حفره زهش، يا تخليه قسمتي از انتهاي چاه است كه با زاويه زياد از خط قائم منحرف و در طول سازند مخزن حفر مي‌شود تا فضايي را براي زهش و تخليه از سنگ مخزن و انباشت آن ايجاد كند.

 

اين نوع حفره‌ها مشخصا در مخازني ايجاد مي‌گردند كه عامل اصلي و عمده گرانش نفت مخزن گرانش (نيروي ثقل) است.

 

در يك حفره زهش، در واقع مسير حفره از حالت كاملا عمودي شروع شده و به حالت كاملا افقي و يا نزديك به افق منحرف مي‌‌شود.

 

حفاري درطول سازند نفت‌ده از محاسن زيادي برخوردار است كه عبارتند از:

 

افزايش توليد ـ بالا رفتن عمومي ضريب بازيافت مخزن، كاهش مقدار جريان آب لجن ـ نتايج ايجاد شكستگي بهتر ـ امكان تزريق‌پذيري بهتر.

 

اخيرا در کشور‌هاي غربي چندين حفره تا حد افقي حفاري شده است. بديهي است اين تكنيك مشخصا در مناطقي مي‌تواند كابرد مفيد داشته باشد كه فشار كلاهك گازي و يا گاز محلول نقش اندكي در نيروي رانش مخزن و توليد نفت داشته باشد.[3]

 

 

10. چاه‌هاي انحرافي جهت‌دار براي اكتشاف

 

حالت‌هاي اصلي كه رخ مي‌دهند، به ترتيب اهميت بدين قرار هستند:

 

الف. هدف دور از دسترس.

 

گاهي اوقات قرار دادن دستگاه حفاري به طور دقيق در بالاي هدف مشكل است و در عين حال براي استقرار دستگاه حفاري محل‌هاي معيني در فاصله‌اي معقول به آساني قابل دستيابي است. اين حالت تاكنون رايج‌ترين حالت بوده است و شرايط گوناگوني مي‌توانند استقرار دستگاه حفاري را در بالاي هدف مشكل سازند.

 

ب. از سرگيري حفر يك چاه به وسيله چاه انحرافي بنا به دلايل زمين‌شناسي.

 

اين وضعيت اغلب زماني رخ مي‌دهد كه هدفي به دليل وجود يك گسل و يا خطا در تفسير ساختاري آن مورد دستيابي قرار نگرفته باشد. در اين موقع فقط بخشي از چاه توسط حفاري انحرافي دوباره آغاز مي‌‌شود.

 

ـ اكتشافات تكميلي

 

حفاري يك چاه اكتشافي تكميلي همزمان با توسعه، شامل دو مثال زير است:

 

ـ استفاده از سكوي موجود براي اكتشاف يك هدف ديگر.

 

ـ چاه تحديدي يا چاهي كه در لبه مخزن زده مي‌شود و از سكويي كه داراي چاه‌هاي توسعه‌اي انحرافي معمولي است، مورد حفر قرار مي‌گيرد.

 

اين دو مثال موارد خاصي هستند كه معمولا به حفاري چاه‌هاي با زاويه زياد منتهي مي‌شوند. در چنين مواردي همواره مهم است كه پيشاپيش موفقيت چاه انحرافي جهت‌دار، با نتايج به دست آمده از يك چاه عمودي كه از بالاي هدف حفر شده است و پس از حصول به نتايج اكتشافي پيش‌بيني شده محققا‌ متروك خواهد شد، مقايسه شود. فقط پس از اين تحليل مقايسه‌اي مي‌توان تصميم‌گيري كرد.[3]

 

 

11. چاه‌هاي انحرافي جهت‌دار براي توسعه ميدان

 

توسعه ميدان نفتي در تملك حفاري انحرافي جهت‌دار است، ولي اين تنها زمينه توسعه آن نيست. در واقع چاه‌هاي معيني، بي‌آنكه در توسعه يك ناحيه شركت داشته باشند، مي‌توانند مشابه چاه‌هاي توسعه‌اي باشند اگر هدف آنها كاملا شناخته شده باشد.

 

مثال‌هاي متعددي را در اين مورد مي‌توان ارائه كرد. موارد اصلي كه معمولا براي چاه‌هاي توسعه‌اي جهت‌دار مورد مواجهه قرار مي‌گيرند، به قرار زير هستند:

 

گردهم‌آوري چاه‌هاي توسعه‌اي يك ميدان، در يك نقطه معلوم (شكل9):

 

الف. حداقل كردن سرمايه گذاري‌هاي مورد نياز براي تحمل وزن دستگاه حفاري (حمل دستگاه حفاري) و همه يا بخشي از وسايل توليد كه شامل موارد زير است:

 

ـ همه سكوهاي حفاري توسعه‌اي كه دستگاه حفاري را روي خود نگه مي‌دارند.

 

ـ همه سكوهاي توسعه‌اي كه از يك دستگاه حفاري متحرك به‌عنوان يك انباره استفاده مي‌كنند.

 

ـ همه سكوهاي توليد كه بر روي دسته‌اي از چاه‌ها نصب شده‌اند كه آن چاه‌ها قبلا از ميان يك سازه خاص دريايي نصب شده در كف دريا،‌ يا به وسيله يك دستگاه حفاري جك‌دار و يا توسط دستگاه حفاري نيمه شناور حفاري شده باشند كه اين روش به حذف زمان برپايي سازه نهايي در زمان توسعه مخزن كمك مي‌كند.

 

حالت‌هاي فوق‌الذكر شامل هم سكوها و هم جزاير مصنوعي است كه مي‌توانند در مناطق باتلاقي،‌ مناطق قطبي شمال و يا در ساير محل‌ها نصب شوند. از سوي ديگر، به‌طور جداگانه‌اي به كار تكميل چاه‌هاي حفر شده در يك گروه در زير دريا خواهيم پرداخت. اين روش تكميل، موقعي به كار مي‌رود كه ساخت سكوي ثابت غيراقتصادي باشد.

 

ب. حداقل كردن آلودگي صدا

 

در اين مورد، گروه‌بندي چاه‌ها در يك دسته به‌منظور كاهش سرمايه‌گذاري است و بنا به دلايل و اثرات زيست‌محيطي صورت مي‌گيرد و شامل مثال‌هاي زير است :

 

ـ چاه‌هايي كه در مناطق شهري قرار دارند و سر چاه‌ها و دستگاه‌هاي حفاري در يك ساختمان نصب مي‌شوند.

 

ـ چاه‌هايي كه در مناطق توريستي قرار دارند و معروفترين آنها در جزاير مصنوعي مجاور با ساحل كاليفرنيا است.

[XMEHRDADX 7,514]

حفاري چاه‌هاي انحرافي جهت‌دار براي حل مسائل توسعه‌اي خاص:

 

اين موارد از چاه‌هاي انحرافي جهت‌دار، خيلي خاص بوده و معمولا انحراف بسيار زيادي دارند.

 

مثال‌هاي زير را مي‌توان مشاهده كرد و يا در نظر گرفت:

 

الف. چاه تزريق بخار در لايه‌هاي نفت سنگين.

 

ب. حفاري چاه‌هاي غير افقي در بالاي مخازني كه به شدت ترك خورده هستند، به‌منظور به تاخير انداختن توليد آب.

 

پ. حفاري در مخازن گازدار كوچك (داراي حجم محدود).[5]

 

 

12. كاربردهاي خاص حفاري انحرافي جهت‌دار

 

اين موارد تقريبا استثنايي هستند، ولي نمي‌توان از آن‌ها چشم‌پوشي كرد. در اين رابطه مثال‌هاي زير را مي‌توان ارائه كرد.

 

الف. چاه انحرافي جهت‌دار جايگزين كه پس از يك فوران غير قابل كنترل حفاري مي‌شود. اين كاربرد حتماً رشد خواهد كرد، زيرا كه عملا تنها روش مبارزه با فوران‌هاي غيرقابل كنترل در حفاري دريايي است.

 

ب. حفاري مغزه‌گيري، پس از آزمايش‌هاي هسته‌اي زير زميني.

 

پ. چاه‌هاي دوقلوي زمين گرمايي.

 

ت. ذخيره سازي زيرزميني هيدروكربورها.[5]

 

 

كاربردهاي حفاري جهت‌دار در موارد غير صنعت نفت و گاز

 

به‌طوركلي هدف و موضوع حفاري هر چاه جهت‌دار آن است كه حفاري با نقشه قبلي و روي يك مسير از پيش تعيين شده انجام گيرد، حتي اگر راه مستقيم و عمودي باشد دراين صورت نيز اگر مسير تحت كنترل باشد هدف‌دار خواهد بود كه چاه با شيب تعيين شده قبلي حفر شود و بنابراين يك چاه جهت‌دار است ولي البته نيازي به تجهيزات مربوط پيدا نخواهد شد. به هرحال حفاري جهت‌دار براي ايجاد حفره‌هاي مختلف از عمودي گرفته تا افقي مورد استفاده دارد.

 

(مهمترين موارد كاربرد اين صنعت خارج از محدوده صنعت نفت و گاز عبارت است از:

 

توليد و بهره‌برداري از معادن زغال سنگ كه خود شامل اين موارد است:

 

1.اكتشاف زغال‌سنگ 2. تخليه گاز متان 3. در جا تبديل به گاز شدن 4. حفاري شفت 5. حفاري مسيرهاي رهايي و نجات 6. اكتشاف معادن 7. ساختمان نيروگاه 8. مغاره كني 9. حفاري ژئوترمال 10. انتقال و دفع ضايعات هسته‌اي و شيميايي 11. ساختمان صنايع 12. ساختمان تونل

 

با توجه به كاربرهاي گوناگوني كه حفاري جهت‌دار دارا است مثال‌هايي انتخاب شده كه در واقع تقاضاي مخصوص براي تكنيك حفاري جهت‌دار و وسائل استفاده شده محسوب مي‌شود.[3]

 

 

1. حفاري گمانه‌زني يا راهنما PILOT DRILLING

 

تكنيكي است كه براي مدتهاي طولاني در معادن كاربرد داشته است. حفاري حفره 2/1 ـ 8 اينچ تا 4/1ـ12 اينچ و گشاد كردن آن با حفار‌ي‌هاي اضافي تا قطر چند متر اخيرا در ساختمان تونل و نيروگاه به‌خوبي به‌كار گرفته مي‌شود. در حفاري راهنما براي شفت، بسيار مهم است كه حتي‌الامكان حفره به‌طور عمودي باشد، در ساختمان نيروگاه گاهي لازم مي‌شود حفره‌اي كه حفاري مي‌شود داراي زاويه‌اي با شيب 70 درجه باشد.

 

 

2. حفاري ژئوترمال

 

تكنيك حفاري جهت‌دار قسمت مهم و اساس تهيه پروژه‌هاي ژئوترمال است كه براي دستيابي به منبع آبهاي گرم و استفاده از انرژي آنها انجام مي‌گيرد. مسئله ازديدگاه تكنيك حفاري جهت‌دار مربوط به دماي زيادي است كه ابزار اندازه‌گيري و موتورها بايد متحمل شوند.

 

در چنين حالت‌هايي استفاده از تكنيك حفاري جهت‌دار كاملا جدي و الزامي است، زيرا به‌عنوان مثال حفاري مقدماتي براي تونل تامين آب بايد شيب و جهت خواسته شده را پيش از شروع داشته باشد.

 

اين نوع حفاري مستلزم استفاده از دستگاه حفاري هيدروليكي بادكل قابل كج شدن است با اين دستگاه حفاري لوله‌هاي وزنه/ حفاري مخصوص به ازاي فقط 5/1 متر به‌كار برده مي‌شود.

 

 

نتيجه‌گيري

 

مهمترين كاربردهاي اين تكنيك عبارتند از: حفاري در مناطق غيرقابل دسترس، گسل‌ها، گنبد‌هاي نمكي، حفاري‌هاي اكتشافي، چاه‌هاي امدادي يا آتشنشان و غيره. جديدترين كاربرد حفاري انحرافي نيز براي بالا بردن ميزان بهره‌دهي از مخازن است. بدين منظور اخيرا حفاري چاه‌هاي افقي كه تكنولوژي آن نهايت پيشرفت حفاري جهت‌دار است معمول شده است.

 

از لحاظ هزينه‌اي درحدود 40 درصد تا100 درصد هزينه حفر چاه افقي بيشتر از حالت عمودي است ولي با اين وجود چون در مدت زمان بسيار كوتاه جبران هزينه‌هاي آن خواهد شد بنابراين از نقطه نظر اقتصادي بسيار مقرون به صرفه است. همچنين اين موضوع در چند سال گذشته به علت افزايش توليد بيشتر نفت بسيار سنگين كه اخيرا به‌وسيله اين نوع حفاري به عمل آمده و باعث افزايش ضريب بهره‌وري ذخاير نفتي در دنيا شده بسيار حائز اهميت است.

 

ازدياد برداشت از مخازن به روش‌هاي ثانويه و ثالثيه به‌وسيله تزريق آب، گاز تنها در مناطق محدودي قابل اجرا است، در صورتي كه روش حفاري افقي مستقيما در توليد نفت و گاز قابل استفاده است و اين محدوديت را ندارد.

 

يكي از مشكلات و موانع مهم در سر راه صنعت نفت تهيه ابزار و ماشين‌آلات و انتقال تكنولوژي‌هاي جديد مورد نياز است. به‌كارگيري و هدايت نيروهاي متخصص با دانش فني و مهندسي مرتبط است تا سطح بهره‌وري بالا رود و جلوگيري از هدر رفتن منابع، هزينه‌ها‌ و امكانات شود. در اين راستا مسئولان و صنايع مادر كه در اين خصوص دخيل هستند بايد دقت و همكاري خودشان را بيش از گذشته معطوف كنند و اولويت در برنامه‌ريزي‌هاي كلان را اختصاص دهند به اكتشاف، حفاري و بهره‌برداري از منابع و مخازني كه به‌صورت مشترك بين دو كشور همسايه واقع شده است و دولت محترم با حمايت‌هاي هرچه بيشتر خود از بخش‌هاي صنعتي نسبت به ايجاد زيرساخت‌هاي اصلي در جهت توليد و تامين تجهيزات و قطعات مصرفي مورد نياز صنعت نفت خصوصا حفاري زمينه را براي توليد، نوآوري‌ و شكوفايي هرچه سريع‌تر آماده كند.

 

 

منابع

 

3. اداره آموزش و تجهيز نيروي انساني شركت ملي حفاري ايران ـ (1373) ـ حفاري انحرافي، حفاري جهت‌دار چاه‌هاي نفت و گاز ـ شركت خدمات حفاري خامي.

 

5. By imprimerie: louis ; jean, - (Copyright© 1990)

Directional drilling and deviation control technology - printed .in France

 

 

 

دکترسيدتقي نعيمي، عضو هيات علمي دانشگاه صنعتي اميرکبير و کارشناس رسمي دادگستري

مهندس رضا ارجمند نسيمي، دانشجوي كارشناسي ارشد استخراج معدن دانشكده تحصيلات تكميلي دانشگاه آزاد اسلامي واحد تهران جنوب